# 流体作用下弯曲管道应力分析

**URL:** https://www.cax.do/t/topic/219
**Category:** Fluid
**Tags:** ansys
**Created:** [2024 年12 月 7 日 11:20 UTC](https://www.cax.do/t/topic/219 "2024-12-07T11:20:39Z")
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### 作者： ![Sbadakesi](https://www.cax.do/user_avatar/www.cax.do/sbadakesi/32/5_2.png) [@Sbadakesi](https://www.cax.do/u/Sbadakesi)
#### 发布日期： [2024 年12 月 7 日 11:20 UTC](https://www.cax.do/t/topic/219/1 "2024-12-07T11:20:40Z")

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## 1 实例说明

工业管道系统中经常出现弯管。流体介质流经弯曲管道时，管壁承受流体赋予的压力。不均匀的压力分布会对管道产生额外的应力。采用ANSYS CFD单向流固耦合可以计算管道所承受的应力应变。本教程以弯管应力分析为例，描述利用ANSYS Fluent及ANSYS静力分析模块进行单向流固耦合计算的步骤。

## 2 计算思路

众所周知，CFD计算的目的是为了获取计算空间中的压力、速度、温度等物理量分布，而结构有限元计算的目的是为了获取结构件上应力、应变和位移等物理物理量。单向流固耦合计算的基本思路为：利用CFD软件计算壁面上压力分布，并将压力值作为载荷加载到固体构件上，利用有限元软件计算固体应力应变。

单向流固耦合计算的数据流程如图1所示。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/c/c5556b453b035b4a8f926d194352a2b5a7458397.png)

## 3 计算模型

计算几何模型如图所示。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/9/97f380b7fec6f6661a1aff1ef0e180e0dfc7df58.png)  
图2 计算几何模型

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/2/271b9c151e1f497dad22445eb64aa686d294ff71.png)  
图3 DM中创建的几何模型（既包含流体，也包含固体)

## 4 流体计算设置

双击B3单元格进行流体网格划分。在mesh中进行边界命名，如图4所示。采用扫描方式进行网格划分，采用网格尺寸为5mm，生成的流体计算网格如图5所示。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/4/49aac556151c3f9d997d172b478d48662b846ed8.png)  
图4 边界命名

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/c/c2e0be522e79c19918ec0becee02e39ac1dc1e6c.png)  
图5 流体计算网格

返回至FLUENT中进行流体计算设置。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/1/189c115094e41007d81da004afd706bb2fc3e501.png)  
图6 采用压力基求解器

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/3/3415b09358b329fc14a0ee8f33b864ed1ad184e3.jpeg)  
图7 采用Realizable k-e湍流模型

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/7/7feca68dc44e8bece82812654f289aecf0433407.jpeg)  
图8 选择water-liquid为工作介质

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/9/9e6a8b2298b51ffa9447a128d6ddc712d6bd75ea.png)  
图9 设置计算域中材料介质为water-liquid

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/c/c13727831dbfb97a8971fc873b42c59d2914d2b7.png)  
图10 设置入口速度2m/s

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/b/bb6d736845c2b28d5cc589bd2a3facf635adfcf7.jpeg)  
图11设置出口类型为outflow

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/c/c88d9b2ab00c9da41b3bff610e672a59579d4fd1.png)

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/a/a236fccce0b13bb2c35b0805c5a6307db6653151.png)  
图13 设置迭代200步求解计算

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/d/dd4d82f97f3ed37389e1f8d192143a3c5a1d314a.png)  
图14 壁面压力分布

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/9/95ec5468cc7415f8cb20e955c3bb52917af1c3d3.png)  
图15 切面上速度分布

## 5 固体计算设置

返回至工程面板，双击C3单元格进入固体网格设置模块。

网格划分过程此处不详述，需要注意的是，尽量保证固体网格与流体网格尺寸相当。生成网格如图16所示。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/e/e5c89716c90f4f2bafc73d333de0cdc982d263b4.png)  
图16 固体计算网格

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/7/7e60e52e5119d6d6815fc6978767dbee9b9b33a6.png)  
图17 插入压力

按几何对应关系插入流体压力。

设置管道两头为固定约束，如图18所示，进行求解计算。

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/f/fd2ad36dd7f550df6caeb8672c3fb7cdd45df7e6.png)  
图18 约束定义

 ![image](https://www.cax.do/uploads/default/original/2X/7/7d8f2130f3214ee6988e64c2c9351401e7096377.png)  
图19 应力分布